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第二章计算机硬件系统 本章概要 计算机已经成为人们获取信息和与他人通信的工具，是信息处理的核心载体。本章给出了计算机系统结构的整体轮廓，介绍了计算机的发展历史、计算机的基本组成及其工作原理，让你知道它是如何运行的。 ●了解冯·诺依曼结构； ●识别微机主板上的部件； ●理解CPU如何执行程序中的指令； ●列出影响计算机性能的因素； ●明白RAM、虚存、CMOS和ROM的区别及常用的外存； ● 了解嵌入式计算机系统 ●列出连接在计算机外围的主要部件并能叙述它们的功能； ●了解微型计算机的安装与维护。 本章内容 2.1 信息工具——计算机 一、计算机的起源与发展 1、起源 中国最早的计算工具——算筹。 公元600年左右，我国出现新的计算工具——算盘。 17世纪欧洲出现计算尺和机械式计算机。 19世纪英国数学家巴贝奇(1792-1871)提出通用计算机的基本设计思想。 信息工具——计算机 英国数学家布尔：将逻辑对象符号化、运算化，将形式逻辑归结为一种代数演算，即布尔代数。 英国数学家图灵：提出“图灵机”概念，证明通用数字计算机是可以制造出来的。 1946年2月 世界上第一台数字电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator)(电子数字积分和计算机)，在美国宾夕法尼亚大学诞生。 特点: 主要器件: 电子管(18000多只)、继电器(1500多只) 运算速度: 5000次/秒（加法运算） 外形规模: 30吨、占地170平方米。 内部存储器中有20个存储单元。 ENIAC的缺点： 1、体积大。 2、速度慢。 3、内存小。 4、程序是基于线路连接的。 ENIAC机房 计算机的发展 5、新一代计算机 量子计算机 光子计算机 智能计算机 神经网络计算机 纳米计算机 我国计算机发展 第一代电子管计算机研制(1958-1964年) 第二代晶体管计算机研制(1965-1972年) 1965年研制成功的我国第一台大型晶体管计算机（109乙机）两年后又推出109丙机，为用户运行了15年，有效算题时间10万小时以上，在我国两弹试验中发挥了重要作用，被用户誉为“功勋机”。 1）高速性 2）存储性 3）通用性 4）自动性 5）精确性 四、计算机的应用 科值计算 数据处理 自动控制 计算机辅助系统 CAD——计算机辅助设计 CAM——计算机辅助制造 CAT——计算机辅助测试 CAE——计算机辅助工程 CAI——计算机辅助教学 人工智能（AI） 计算机网络与通信 五、计算机的发展趋势 1、巨型化 2. 微型化 3. 网络化 4. 智能化 2.2.1 冯·诺依曼计算机结构 半个世纪前，著名数学家、计算机科学理论的奠基人之一冯·诺依曼，对计算机各个部件进行了明确的定义，并描述了其功能，提出如下三条思想： 1.采用存储程序工作原理 2.采用二进制形式表示数据和指令 3.计算机的基本结构 （一）存储程序工作原理 这是冯·诺依曼思想的核心内容。 所谓存储程序原理，就是把程序和处理问题所需的数据都以二进制编码形式预先按一定顺序存放到计算机存储器里。计算机在运行程序时就能自动、连续地从存储器中依次取出指令且执行，直到完成预定的任务。这是计算机能高速自动运行的基础。计算机的工作体现为执行程序，计算机功能的扩展在很大程度上也体现为所存储程序的扩展。计算机的许多具体工作方式也是由此派生的 （二）采用二进制形式表示数据和指令 二进制只有“0”和“1”两个数字，便于用计算机电子器件的断开和导通两个稳定状态表示，实现比较容易。加之二进制运算规则简单，可使计算机结构大为简化，运算速度大大提高。 （三）计算机的基本结构 1 运算器：执行各种算术和逻辑运算的部件。包括寄存器、执行部件、控制电路。 控制器：使计算机自动地执行程序，并控制计算机各功能部件协调一致地动作。 2.2.2 计算机的心脏——CPU CPU也称中央处理器或微处理器。第一块微处理器是1971年由美国Intel公司生产的。 在这之后，世界各地出现了很多生产CPU芯片的厂家，产品性能也不断提高，主要表现在：字长由最初的4位发展到今天的32位、64位；速度越来越快，主频由不到1 MHz增加到现在的数千MHz；集成度越来越高，第一块芯片集成了2200个晶体管，现在集成一亿个晶体管的芯片已经问世。 1993年Intel公司推出了32位微处理器芯片